人工湿地处理重金属废水技术的研究现状_寇丹丹

我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。由于重金属具有毒性大，在环境中不易被代谢，易被生物富集并有生物放大效应等特点，其对水环境造成严重的污染，也极大威胁人类和水生生物的生存。但重金属离子在水体中难降解，传统的二级处理很难将其去除。目前，处理重金属废水的传统工艺技术主要有化学法和物理化学法。化学法主要包括化学沉淀法，氧化还原法，气浮法，电解法等[1]。其中，化学沉淀法[2-6]容易产生二次污染，处理时间长，耗能高；氧化还原法[5]占地面积大，产生废渣量大，需寻找利用途径；气浮法[7]出水盐分和油脂含量高，浮渣和净化水回用问题有待解决。物理化学法[1]中，离子交换法[4，8]树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，反应周期长，操作费用高；吸附法[9]处理废水，重金属吸附饱和后再生困难，难以回收重金属资源。由此可知，传统方法对重金属污染物的处理尚存在一些不足，需要发展新的处理技术，以对重金属污染的资源化，无害化，减量化。人工湿地是模拟自然湿地系统的一种新型的污染水体净化修复技术，利用湿地系统中的物理、化学和生物作用来净化污水，属于污水处理中的深度处理。与以上传统的重金属废水处理方法相比，人工湿地系统集物理、化学和生物作用于一体，操作简单，能耗低，不仅对重金属离子有很好的去除效果，而且避免了二次污染问题。人工湿地系统通过基质、植物、微生物对重金属的吸收转化作用使其浓度大大降低。人工湿地污水处理系统具有较高的净化效率和相对较低的基建投资与处理成本，该技术已被许多国家广泛应用[10]，具有较好的发展前景。1、人工湿地去除重金属污染机理研究人工湿地是一个复杂的生态系统，主要由基质(多为碎石)系统和水生植物系统组成，是一种独特的基质—植物—微生物生态系统。植物、基质、微生物与自然生态系统通过物理、化学及生化反应三重协同作用来处理污水，从而达到污水净化的目的[11]。与传统的物理，化学，物理化学等处理金属离子的方法相比，人工湿地系统对重金属离子处理的主要方式是：通过植物的吸收和生物富集作用、基质系统的吸附沉淀作用以及金属离子与S2-形成硫化物沉淀[12]等。在人工湿地系统中，基质对重金属的去除主要通过离子交换、专性与非专性吸附螯合作用、沉降反应等过程来实现的，其反应产物最终吸附或沉降在土体内。人工湿地中植物系统主要是通过调节金属离子在不同相中的分布，从而达到去除重金属的目的。湿地植物对重金属离子的作用主要体现在植物根系表面吸附和生物质沉积和迁移[10]。颜素珠[13]等曾报道了8种水生草本植物挺水栽培对铜的净化能力与耐性基本保持一致。L.Scholesa[14]等人对Typha和Phragmites两种植物的研究得出，Typha对Zn、Pb、Cr和Cd的积累高于Phragmites，但对Cu的积累要低于Phragmites。同时有学者[15]和A.S.Mungur[16]指出人工湿地系统中各种植物的不同部位（如根茎叶）对重金属的吸附程度是不一样的，其具体表现为根尖＞根茎＞根状茎。同时，人工湿地中存在多种微生物，如硝化细菌、链霉菌、真菌、固氮菌、硫酸盐还原菌、甲烷细菌等[13]，它们能够通过吸收、沉淀、解毒、转化和吸附等方式来去除重金属污染。Balika[17]发现大麦根际中有较多的硫化细菌，它们能分解有机物质而释放出原先固定的重金属，同时产生的硫化氢与重金属形成难溶性硫化物。人工湿地系统金属离子的相互作用对重金属的去除可能是由于在湿地中一些金属自身相互作用形成共沉淀，滞留在湿地中，如As和Fe等，可形成共沉淀。2、人工湿地净化重金属污染的研究现状重金属废水给环境及人类都带来了极大的危害，为此，国内外都采取了多种措施来治理重金属污染，如传统的化学法和物理化学法等，但它们各自的优缺点和适用范围。而人工湿地技术能够从去除污染水体中各种污染物，包括重金属、N、有机物等，而且具有低建造费用和低维护费用的优点[18]。近年来，在人工湿地处理重金属方面取得了很大的成果。如可以通过隔离保温、间歇式进水、停床休息、加强预处理（如沉淀、一级强化）等措施来解决湿地受气候条件影响较大、溶氧不足、容易产生饱和、堵塞等问题[19]。中国人口多，资金和技术有限，必须选择效率高、成本低的人工湿地技术来处理重金属废水，已经建成北京昌平、深圳白泥坑等人工湿地处理示范工程。另外，中国环境科学研究院，中科院武汉水生生物研究所等单位均建立了各种人工湿地处理系统，结果表明不同湿地类型对重金属废水都有良好的处理效果。人工湿地处理工业废水，尤其是含重金属的废水在近年来引起了广泛的关注[20]，已被用于处理各种含重金属废水，包括垃圾渗滤液，工业污水，城市污水，暴雨径流和矿山排水等。它正处于不断研究、应用与发展的阶段，但对其去除重金属的研究仍需进行深入的研究，如如何确